闽江流域不同土地利用情景下的径流响应研究

通过构建适用于闽江流域的SWAT分布式水文模型，结合情景设置法，分别模拟研究区内不同土地利用情景下的径流过程，以定量分析土地利用变化对流域径流影响。结果表明：（1）经过参数率定的SWAT模型，率定期和验证期的评价指标R²>0.9，NSE>0.8，|PBIAS|<10%，符合模型径流模拟要求，在闽江流域具有良好的适用性；（2）相比闽江流域现状土地利用情景，耕地储备、建设开发情景下流域年均径流量分别增加12.41%，22.89%；植被恢复、分区调控情景下流域年均径流量减少4.09%，1.61%，林地和草地类型能有效减缓地表径流，减小径流年际变化量，而耕地、建设用地类型产流作用明显；（3）结合涵养指数值及丰、枯水期月均径流模拟结果分析，研究流域内林地和草地类型涵养水源、调节径流功能显著，耕地和建设用地类型径流调节能力较差，但前者水源涵养能力相对优于后者；（4）以"闽西北区合理开发耕地，保护森林，闽东北区推广坡度工业"为依据设置的分区调控情景，既能有效减缓与调节流域径流，又能保证区域粮食产量与促进经济发展，实现生态效益与经济效益统一，为闽江流域科学高效、可持续的土地利用规划提供参考。     

基于SWAT模型的长江源土地利用/土地覆被情景变化对径流影响研究

土地利用/土地覆被变化对流域水资源循环过程及配置影响显著。为了研究土地利用/土地覆被情景变化对径流影响情况,以长江源流域为例,构建了适合该流域的分布式水文模型(SWAT),并模拟了不同土地利用/土地覆被情景下的流域年均径流量和径流深。模拟结果如下:当流域林地和草地面积增加到最大,径流量减少了16.7%,达到304.12m3/s,径流深减少14.02mm;当林地和草地面积减少,并逐步变为沙地、裸地,流域径流量增加16.1%,达到424.32m3/s,径流深也增加了13.49mm;当林地和草地面积减少到无植被覆盖,将使流域径流量增加28.4%,达到469.67m3/s,径流深增加23.88mm;在草地覆被最佳状况下,径流量有所增加,但增加幅度不大,只有5.6%,达到385.98m3/s,径流深增加4.72mm。综上所述,长江源流域林地和草地面积增加,导致径流减少,而沙地和裸地面积增加导致径流量增加。     

清水河上游流域可收集雨水资源量估算与检验

以北京市西部山区典型流域——清水河上游流域为例,采用地理信息系统(GIS)和SCS(Soil Conservation Service)相结合的方法,估算了该流域不同土地利用类型在不同水文年6-8月可收集雨水资源量;并选取2008-2009年6-8月10场降雨的实测径流量数据,与SCS-CN模型计算的径流量进行误差分析,用来检验SCS-CN模型的精确度。结果表明:(1)研究区枯水年(p=75%),平水年(p=50%),丰水年(p=25%)6-8月可收集雨水资源量分别为7.16×10⁷,1.04×10⁸,5.71×10⁷ m³,占全年的平均百分比为82.43%;(2)不同土地利用类型在平水年6-8月可收集雨水资源量占总量百分比分别为:草地和林地占86.13%,耕地和园地占4.87%,工矿仓储用地、住宅等其他土地利用类型占9%;(3)利用SCS-CN模型计算径流值与实测值相比,合格率达到90%。     

1980—2020年渭河中上游流域土地利用演变及其对径流的影响

[目的] 研究渭河中上游流域不同土地利用情景下径流的响应规律,为渭河中上游流域的发展规划及水资源管理提供科学支撑。[方法] 基于1980—2020年土地利用数据,分析流域40 a的土地利用变化特征,并结合SWAT模型,设置5种历史土地利用情景、两种综合土地利用情景和3种极端土地利用情景,探究径流在不同土地利用情境下的响应。[结果] ①流域40 a间耕地、水域及未利用土地面积逐渐减小,林地、草地和居民用地面积逐渐增加。②1980—2020年共5个时期模拟年均径流深分别为72.24,72.27,72.31,71.86,72.25 mm,退耕还林、退耕还草、耕地型、林地型及草地型模拟年均径流深分别为68.59,69.70,72.60,64.81,66.82 mm。[结论] 40 a间土地利用类型的变化对渭河中上游流域径流的影响小于10%;退耕还林、退耕还草对径流主要起抑制作用。在3个极端土地利用情境下径流大小为：耕地型＞草地型＞林地型,且耕地型与林地型、草地型情境下的差异明显。     

珠峰北麓朋曲流域土地覆被变化及未来情景模拟

[目的] 模拟未来短、中远期珠峰北麓朋曲流域土地利用变化，为该流域的土地利用规划提供科学参考。 [方法] 基于朋曲流域(珠峰北麓)2010-2020年的土地覆被数据，综合考虑人为和自然两大要素12项驱动因子，采用Markov-FLUS模型，对朋曲流域自由发展、耕地保护和生态保护3种未来情景下的土地覆被变化进行了模拟。 [结果] ①2020年朋曲流域土地覆被实际情况与Markov-FLUS模型模拟情况的总体精度(OA)为90%，kappa系数为0.82，精确度较高，模型可用于该区未来情景模拟； ②2010-2020年朋曲流域5种土地覆被类型发生变化，其中，林地和草地的面积变化最为明显，林地面积增加778.16 km²，草地面积减少726.89 km²； ③朋曲流域未来情景的模拟结果显示：在自由发展、耕地保护、生态保护3种不同情景下，短期内草地和其他用地类型面积变化较大，中远期除草地、其他用地类型面积变化较大以外，林地面积变化开始增大；无论是短期还是中远期来看，耕地保护情景下耕地面积均呈持续减少趋势。 [结论] 维持朋曲流域的可持续发展，必须强化落实耕地保护政策、注重耕地永续利用；生态保护情景下自然保护区内的植被类型相互转换受到限制，生物多样性得到有序协调发展。     

基于径流侵蚀功率的长江典型流域能沙关系模型及改进

基于径流侵蚀功率概念建立流域能沙关系模型,可为长江流域泥沙变化精准模拟与水土保持规划提供技术支撑。该研究以长江典型流域及其典型小流域为研究对象,通过收集1965—2018年金沙江流域、嘉陵江流域和湘江流域等3个典型流域逐日水沙数据以及万安和李子口等2个典型小流域2014—2020年场次降水径流泥沙数据,采用径流侵蚀功率、径流量和降雨侵蚀力对比分析不同时空尺度水沙（径流量和输沙量）、雨沙（降雨侵蚀力和输沙量）和能沙（径流侵蚀功率和输沙量）关系的优劣性,解析能沙关系优越性,并识别能沙关系非一致性变化,从而改进能沙关系模型提高流域输沙量模拟精度。结果表明：1）长江流域3个典型流域及2典型小流域,在绝大部情况下能沙关系的表现总是优于水沙关系和雨沙关系,在场次、月和年尺度R²_adj最大值分别可达到0.94、0.87和0.58。2）对于不同时间尺度,其流量序列中任意2个流量乘积与输沙量的相关性较高时,第一个流量Q₁分位点总是接近1且第二个流量Q₂分位点在0.5附近或者高于0.5。基于径流侵蚀功率可以较为准确地计算不同时空尺度流域输沙量,具有明显适用性。3）随着时间升尺度,水沙、雨沙和能沙关系逐渐变差,3个典型流域径流侵蚀功率和输沙量在一些月份上均存在显著变化趋势和显著突变点（P<0.05）。特别是在年尺度上,输沙量均为显著减少趋势（P<0.05）,其能沙关系均表现出非一致性变化。4）水库建设和植被增加是导致流域能沙关系变差的重要原因,其均与输沙量呈现极显著负相关（P<0.001）,通过考虑水库指数和NDVI改进能沙关系模型,年R²可提高27.28%～97.62%。研究成果可支撑开发新的流域泥沙预报模型,服务长江流域生态保护与高质量发展。     

不同土地利用变化情景下的洪汝河流域水文响应

[目的]研究洪汝河流域土地利用变化对水文过程的影响,为当地水资源的合理规划和利用提供依据和参考。[方法]本研究以土壤水体评价模型(soil and water assessment tool,SWAT)为基础,通过设计多种土地利用情景模式模拟洪汝河流域水文情景,首先利用数字高程模型(digital elevation model,DEM),土地利用数据、土壤数据以及日气象数据建立模型;其次选用2006—2008年的水文观测数据进行模型率定,并进行敏感性和不确定性分析;最后,设置4种土地利用情景模式进行水文模拟。[结果]退耕还林情景下径流减少4.23%;而在耕地增加,城镇用地增加和以城镇用地、林地草地增加为主的复杂土地利用变化这3种情景下,径流分别增加3.01%,4.91%和1.50%。[结论]退耕还林增加了可涵养水源的森林,使得径流减少,而增加耕地开垦或城市建设用地则会增加地表径流。     

基于SWAT模型的丹江流域土地利用变化对径流影响研究

为定量分析土地利用类型变化对径流的影响,基于SWAT模型,通过分析丹江流域近20年来的土地利用变化,并设置3种不同土地利用情景模式,探究了土地利用类型对流域径流的影响作用。结果表明:SWAT模型率定期和验证期的决定性系数R²和纳什效率系数NS分别为0.8,0.73和0.86,0.78,适用于丹江流域径流模拟。2000—2020年,丹江流域土地利用变化引起的径流变化为-0.18%; 情景1中,把林地、草地全变为耕地的情况下,模拟的年均径流变化率为61.65%,情景2中,把耕地和草地全转换为林地的情况下,模拟的年均径流变化率为-12.69%,情景3中,把耕地和林地全转换为草地的情况下,模拟的年均径流变化率为24.24%。耕地对径流深度的影响系数为0.26 mm/hm²,林地对径流深度的影响系数为-13.35 mm/hm²,草地对径流深的影响系数为-0.01 mm/hm²。由此得出,耕地对产流起促进作用,草地和林地对产流起抑制作用。为维护丹江流域生态环境,增强丹江流域径流供给,应科学开发耕地资源。     

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

基于SWAT模型的赤水河流域径流年内分配特征及其对降水的响应研究

[目的] 研究赤水河流域径流年内分配的非均匀性变化特征及其对降水的响应情况,为流域水资源的开发利用及防洪治涝等研究提供决策依据。[方法] 以赤水河流域中上游为研究区,构建SWAT模型相关数据库并对流域径流进行模拟。以实测逐月径流数据对模型进行率定验证。基于模型输出结果,结合降水/径流集中度和集中期,分析流域径流年内分配特征及其对降水的响应情况。[结果] 两个水文站率定期决定系数（R²）与纳什效率系数（Ens）均在0.83以上,验证期R²与Ens均在0.69以上,满足精度要求;流域降水和径流年内分配不均匀性显著,二者变化趋势较为一致,主要集中在6—8月;径流集中度的时空分布受降水集中度影响显著,由于入渗和蒸散作用的影响,前者通常大于后者,但当降水集中度较低时（PCD<0.3）,径流集中度不再完全以降水集中度为主导;由于流域径流对降水变化的响应存在滞后性,径流集中期往往大于降水集中期,短期较小幅度的降水量增加对降水集中期影响显著,而对径流集中期影响有限。[结论] 降水是引起赤水河流域径流集中度/集中期变化的主导因素,而在不同降水量条件下径流系数的变化,是径流集中度/集中期对降水集中度/集中期产生不同响应特征的主要原因。     

基于SWAT和PLUS模型的窟野河流域径流对土地利用变化的响应及预测

[目的]为揭示窟野河流域径流对土地利用变化的响应,并预测未来径流变化。[方法]以窟野河流域为研究区,基于SWAT和PLUS模型,通过2000年、2005年、2010年、2015年、2020年和预测得到的自然发展情景下2025年、2030年7期土地利用数据,定量分析径流在不同土地利用情景下的变化。[结果](1)SWAT模型率定期和验证期的R²和NS均>0.7;PLUS模型总体精度为0.877 4,Kappa系数为0.802 1,2个模型在窟野河流域适用性较好;(2)2000—2020年,窟野河流域林地、建设用地面积分别增加102.92,600.90 km²,耕地、草地、水域和未利用地分别减少277.15,366.25,40.44,19.98 km²;(3)窟野河流域年平均径流深整体呈现“上游低,下游高,西部低,东部高”的空间分布格局;(4)在保证其他输入数据不变的情况下,改变土地利用数据,情景分析结果表明,林地、草地面积减少会促进径流,建设用地面积增加同样会促进径流;(5)自然发展情景下,2025年和2030年窟野河...     

诺敏河流域土地利用与覆被变化及其对水文过程的影响

流域土地利用/覆被变化及其水文效应是当前全球变化研究的重要内容.为正确认识大兴安岭森林采伐对水文过程的影响,以诺敏河流域为例,在遥感和地理信息系统技术支持下,结合地形图和卫星遥感影像数据,获取1954-2005年诺敏河流域5期土地利用/覆被数据,在GIS空间分析模块下分析诺敏河流域土地利用/覆被变化过程,并探讨土地利用/覆被变化对水文过程的影响.结果表明,近50 a诺敏河流域土地利用方式发生了明显变化,林地和草地分别减少1 940.1 km2和748.99 km2,与林草地的大面积减少相对应,耕地面积增加2 741.7 km2.自1998年实施大兴安岭天然林保护工程以后,林地采伐和耕地开垦速率明显降低;土地利用/覆被变化影响年径流量,林地大规模减少、耕地明显增加的后期土地利用较前期径流量有所增加,且随着降雨的增多,土地利用变化对径流的影响效应随之增强.同一降雨条件下土地利用/覆被变化对径流的影响在生长季具有明显差异.     

基于SWAT模型和SUFI-2算法的石羊河流域月径流分布式模拟

[目的]揭示石羊河流域径流量对土地利用变化的响应机制,为旱区水资源的合理配置和优化利用提供理论依据。[方法]利用石羊河流域DEM、气象、土壤、1995与2000年2期土地利用等数据,结合RS和GIS技术,构建SWAT分布式水文模型。基于SWAT模型及SUFI-2算法,对石羊河流域1980—2009年的月径流过程进行模拟。[结果]流域内1995与2000年土地利用均以耕地、林地、城乡工矿居民用地面积显著增加,草地、水域、未利用地减少为主;影响SWAT模型模拟效果前3位的参数分别是CN2,Alpha_Bf,Timp;校正期和验证期月流量的模拟值和实测值拟合较好,其Nash Suttcliffe系数Ens和相关系数R2均大于0.8,相对误差|Re|均小于10%。[结论]采用SUFI-2算法的SWAT模型在石羊河流域月径流模拟中具有一定程度的适宜性。     

1990-2015年乌苏里江流域土地覆被变化

[目的] 分析1990—2015年乌苏里江流域内中国和俄罗斯两国区域土地覆被变化特征和差异，为该流域内人地关系研究和土地资源管理提供科学参考。[方法] 以Landsat TM/OLI遥感影像为数据源，采用基于面向对象的遥感分类方法，提取乌苏里江流域1990年和2015年的土地覆被信息，分析乌苏里江流域土地覆被变化的主要特征。[结果] 1990—2015年的26 a间，乌苏里江流域内农田、湿地面积变化较为明显。农田呈扩张趋势，面积增加6 089.69 km²，增长率18.4%。其中，5 416.7 km²农田由湿地转化而来，农田扩张主要发生在中国境内区域。湿地、林地面积分别减少了5 683.51和844.09 km²，减少率分别为56.4%和3.51%。俄罗斯境内土地覆被变化作用强度较弱，各土地覆被类型间变化率均不超过2%。[结论] 气候、地形、农业宏观政策和农业生产方式等是推动乌苏里江流域土地覆被变化的影响因素；其中，农业生产方式的转变和规模的扩大是该流域土地覆被变化的最主要驱动力。     

晋西黄土区极端降雨后浅层滑坡调查及影响因素分析

极端降雨引发的浅层滑坡,造成了严重的环境破坏与社会经济损失。为探究极端降雨条件下土地利用、植被类型和地形因素对浅层滑坡的影响,通过对山西省吉县蔡家川流域2021年10月3—6日极端降雨引发的浅层滑坡进行实地调查,分析了极端降雨的特征与过程,不同土地利用和植被状况条件下、不同地形条件下浅层滑坡的数量与破损面积。结果表明:(1)极端降雨降雨量为年平均降雨量的31.2%,达到了161.3 mm,降雨历时84 h,峰值降雨强度7 mm/h,平均降雨强度2.1 mm/h,发生该种程度降雨的频率为0.16%,为625年一遇的极端降雨。(2)蔡家川流域内的农地小流域、人工林小流域和次生林小流域共计发生浅层滑坡479处,破损面积达183 881 m²,90%的浅层滑坡面积小于885 m²。(3)单位面积上浅层滑坡的数量与破损面积均表现为农地小流域(214个/km²,109 241 m²/km²)>人工林小流域(163个/km²,48 779 m²/km²)>次生林小流域(42个/km²,17 176 m²/km²),在小流域尺度上森林植被对浅层滑坡的防治作用显著高于农地,且次生林地预防浅层滑坡的作用优于人工林地。(4)浅层滑坡发生的坡面坡度为10°~80°,浅层滑坡数量与破损面积均随着坡度的增大而增大,在40°~50°达到峰值,坡度>50°后,浅层滑坡数量与破损面积随坡度增大而减少,坡度是影响浅层滑坡的主导因素。(5)浅层滑坡发生在坡向为22.5°~337.5°的坡面上,浅层滑坡数量和破损面积随坡向变化并未表现出明显的规律性,坡向对浅层滑坡的影响不大。     

赤水河流域生态水文过程对土地利用/覆被变化的响应

[目的]分析赤水河流域近十年土地利用变化特征,探索生态文明建设背景下水资源空间分配与水文循环过程,以期为流域提供合理的土地利用规划依据及促进流域的可持续发展.[方法]以赤水河流域为研究对象,在1967～2020年的气候背景下,基于SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模拟了流域2008...     

南方花岗岩红壤区不同土地利用类型坡地产流与侵蚀产沙研究

基于自然坡面径流小区,分析了南方花岗岩红壤区5种典型土地利用下坡面地表径流与侵蚀产沙规律.结果表明,不同地类地表径流与侵蚀产沙分异规律明显.裸露荒地、坡耕地、早地和疏林地的地表径流分别是典型林分林地的1 354.9%,1 099.9%,712.3%和285.4%;不同地类土壤侵蚀强度排序为裸露荒地＞坡耕地＞旱地＞疏林地＞典型林分林地,说明植被能较好地调蓄地表径流和减少侵蚀产沙.在不同降雨强度和雨型条件下,不同土地利用的坡面产流与侵蚀产沙也表现出显著的差异.裸露荒地、坡耕地、旱地、疏林地是研究区主要的侵蚀产沙地类.基于径流小区次降雨条件下径流和侵蚀产沙观测资料,建立了不同地类坡面径流与侵蚀产沙的回归方程.